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Rouillon, Ludovic
Conservatoire national des arts et metiers, Centre regional associe de Grenoble - C.U.E.F.A (France); Commissariat a l'Energie Atomique - CEA, Centre d'Etudes Nucleaires de Grenoble, Service d'Etudes du Comportement des Combustibles - DTP-SECC, Laboratoire d'Analyse du Comportement du Crayon Combustible - LA3C (France)1996
Conservatoire national des arts et metiers, Centre regional associe de Grenoble - C.U.E.F.A (France); Commissariat a l'Energie Atomique - CEA, Centre d'Etudes Nucleaires de Grenoble, Service d'Etudes du Comportement des Combustibles - DTP-SECC, Laboratoire d'Analyse du Comportement du Crayon Combustible - LA3C (France)1996
AbstractAbstract
[en] As Zircaloy alloys are used for fuel rods in pressurized water nuclear reactors, this research thesis aims at studying and improving corrosion resistance of zirconium alloys while maintaining their mechanical properties. It more precisely deals with the kinetic and microstructure aspects of the external corrosion of the cladding by the coolant. In the case of Zircaloys, this corrosion is characterized by a kinetic transition from an initially parabolic to a linear regime. This research aims at intervening on this transition by elaborating zirconium alloys containing an element which stabilizes zirconia, in this case cerium. After having reported a bibliographical study on sheath oxidation, on parameters which influence sheath oxidation kinetics, on zirconia stabilization by doping elements, on the interest of lanthanide oxides, the author reports a feasibility study on the use of cerium (choice and preparation, sintered ceramic characterization, annealing of stabilized zirconia), reports a metallurgical study of Zr-Ce alloys, reports the study of the oxidation behaviour of these alloys (in autoclave, in presence of oxygen, under oxygen and then water) and the characterization of the microstructures of the oxide layers. He finally discusses the relationship between microstructure and oxidation kinetics, the role of cerium in the oxidation process, and the role of water in the oxidation process
[fr]
L'oxydation du Zircaloy-4, materiau de gainage des crayons combustibles use dans les reacteurs a eau sous pression, suit d'abord une loi de croissance parabolique puis un changement de cinetique d'oxydation se produit, et on observe une nouvelle loi de croissance quasi lineaire. La transition cinetique est representative de la perte du caractere protecteur de l'oxyde qui subit une transformation allotropique de la phase quadratique en phase monoclinique. Dans ce travail, nous etudions le role du cerium, employe en tant qu'element d'alliage susceptible de stabiliser la zircone dans sa phase quadratique, sur le processus d'oxydation des alliages de zirconium. Faisant suite a des essais preliminaires effectues sur des zircones dopes au cerium, des etudes cinetiques et morphologiques ont ete entreprises sur des alliages quaternaires Zr, Fe, Cr et Ce oxydes a 400 C sous oxygene ou sous vapeur d'eau. Elles montrent un emballement cinetique de la reaction et une destructuration morphologique de l'echantillon quand l'oxydation se deroule en presence de vapeur d'eau. Les particularites microstructurales des couches d'oxyde obtenues ainsi et le mode d'incorporation du cerium dans ces couches d'oxyde sont etudies par microscopie electronique, par analyse EDX et par diffraction des rayons X. Les resultats correspondants sont discutes, en liaison avec les cinetiques d'oxydation, sur la base de roles specifiques du cerium et de l'eau sur le processus d'oxydation. Il ressort de cette etude qu'une stabilisation accrue de la zircone quadratique par dopage chimique ne semble pas etre une condition suffisante pour permettre un ralentissement de la cinetique d'oxydation des alliages de zirconium, du moins tant que cette stabilisation n'est pas totale. A l'inverse, on peut penser que moins la phase quadratique est stabilisee, plus les consequences de sa destabilisation seront limitees. Une voie de recherche pourrait alors s'orienter sur le controle des niveaux de contrainte dans les couches d'oxyde et des tailles de cristallites d'oxyde afin de limiter la formation de cette phase. (auteur)Original Title
Comportement a l'oxydation d'alliages Zr-Ce. Aspects cinetiques et microstructuraux
Primary Subject
Secondary Subject
Source
23 May 1996; 167 p; 67 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the 'INIS contacts' section of the INIS website for current contact and E-mail addresses: http://www.iaea.org/inis/contacts/; Diplome d'ingenieur C.N.A.M. en metallurgie
Record Type
Report
Literature Type
Thesis/Dissertation
Report Number
Country of publication
ALLOYS, CHALCOGENIDES, CHEMICAL REACTIONS, DEPOSITION, ELEMENTS, ENRICHED URANIUM REACTORS, FUEL ELEMENTS, HYDROGEN COMPOUNDS, KINETICS, METALS, OXIDES, OXYGEN COMPOUNDS, POWER REACTORS, RARE EARTHS, REACTION KINETICS, REACTOR COMPONENTS, REACTORS, SURFACE COATING, THERMAL REACTORS, TRANSITION ELEMENT ALLOYS, TRANSITION ELEMENT COMPOUNDS, WATER COOLED REACTORS, WATER MODERATED REACTORS, ZIRCONIUM ALLOYS, ZIRCONIUM BASE ALLOYS, ZIRCONIUM COMPOUNDS
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